RU203629U1

RU203629U1 - REDUCED ENERGY EXTRACT SHAFT FOR WARM ATTIC

Info

Publication number: RU203629U1
Application number: RU2020141107U
Authority: RU
Inventors: Арслан Маликович Зиганшин; Константин Иванович Логачев; Ольга Александровна Аверкова
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-04-14

Abstract

Полезная модель относится к строительству и может использоваться как вытяжная шахта, обеспечивающая пониженное аэродинамическое сопротивление, в многоэтажных зданиях с теплым чердаком и утепленной кровлей.Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности естественной вытяжки воздуха из помещений путем снижения энергоемкости вытяжной шахты за счет существенного уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления защитного фартука и снижения потери давления потока удаляемого воздуха на входе в вытяжную шахту.Достижение технического результата предлагаемой полезной модели обеспечивается тем, что у вытяжной шахты 1 для теплого чердака 2 многоэтажного здания, на проходе 3 которой через кровлю 4 установлен защитный фартук 5 из оцинкованной кровельной стали для организованного стока осадков и конденсата с внутренней поверхности на поддон 6, в предлагаемом решении на входе 7 в защитный фартук закреплена профилирующая вставка 8, скривление профиля поверхности которой со стороны текучей среды полностью совпадает с огибающей зону вихреобразования крайней линией тока, расположение которой определяется максимальным вылетомr =0,22Rна расстоянии от входаx= (0,49-0,53)Rи длинойl= 1,42R, гдеR– радиус вытяжной шахты. 2 ил.The utility model relates to construction and can be used as an exhaust shaft, providing a reduced aerodynamic resistance, in multi-storey buildings with a warm attic and an insulated roof. due to a significant decrease in the coefficient of hydraulic resistance of the protective apron and a decrease in the pressure loss of the exhaust air flow at the inlet to the exhaust shaft. The achievement of the technical result of the proposed utility model is ensured by the fact that exhaust shaft 1 for a warm attic 2 of a multi-storey building, on the passage 3 of which through the roof 4 a protective apron 5 made of galvanized roofing steel is installed for the organized drainage of precipitation and condensate from the inner surface to the pallet 6, in the proposed solution at inlet 7 a profiling insert 8 is fixed to the protective apron or for the surface of which from the side of the fluid medium completely coincides with the envelope of the vortex formation zone by the extreme streamline, the location of which is determined by the maximum outreach r = 0.22R at a distance from the entrance x = (0.49-0.53) R and length l = 1.42R, where R is the radius of the exhaust mines. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к строительству и может использоваться как вытяжная шахта в многоэтажных зданиях с теплым чердаком и утепленной кровлей, обеспечивающая пониженное аэродинамическое сопротивление. The utility model relates to construction and can be used as an exhaust shaft in multi-storey buildings with a warm attic and an insulated roof, providing a low aerodynamic resistance.

Теплые чердаки многоэтажных домов к настоящему времени успели получить достаточно широкое распространение благодаря известным преимуществам по сравнению с холодными, основные из которых – конструктивное (повышение надежности кровли здания) и аэродинамическое (повышение надежности естественной вытяжки). При использовании крыши с теплым чердаком конструктивное преимущество реализуется вследствие замены одной вентиляционной шахтой множества проходов через кровлю, а аэродинамическое – благодаря повышению устойчивости естественной вытяжки воздуха из помещений вследствие замены одной вентиляционной шахтой большого сечения множества вентиляционных выходов малых размеров, суммарно создающих значительно более высокое аэродинамическое сопротивление. Однако в современных условиях эксплуатации многоэтажных зданий с теплым чердаком естественная тяга из-за использования герметичных окон существенно ухудшается, и для восстановления надежности вытяжки необходимо снижать потери давления во всех элементах тракта естественной вытяжки, включая конструкцию самой вентиляционной шахты.By now, warm attics of multi-storey buildings have become quite widespread due to the well-known advantages compared to cold ones, the main ones of which are constructive (increasing the reliability of the building's roof) and aerodynamic (increasing the reliability of natural exhaust). When using a roof with a warm attic, the structural advantage is realized due to the replacement of many passages through the roof by one ventilation shaft, and the aerodynamic advantage - due to the increased stability of the natural exhaust of air from the premises due to the replacement of one large ventilation shaft with a large section of many small ventilation outlets, which in total create a significantly higher aerodynamic resistance ... However, in modern operating conditions of multi-storey buildings with a warm attic, the natural draft due to the use of sealed windows significantly deteriorates, and in order to restore the reliability of the hood, it is necessary to reduce the pressure loss in all elements of the natural exhaust duct, including the design of the ventilation shaft itself.

Известно устройство вентиляционной вытяжной шахты теплого чердака, установленной на кровельных панелях [Авторское свидетельство к изобретению «Теплый чердак многоэтажного здания». SU 1218035 A, МПК E04H 1/02 / Аронов А.И.; дата заявки 13.05.83, дата публикации 15.03.86; фиг. 1, 2], в котором проход через кровельную панель имеет вход в форме диффузора. Указанная форма входа позволяет уменьшить входное местное сопротивление для потока удаляемого воздуха. Однако при этом атмосферные осадки и конденсат, стекающие по внутренним стенкам вентшахты, неупорядоченно растекаются по стенкам диффузора и затем неорганизованно распространяются по потолку чердака, что приводит к нарушению надежности кровли по предохранению чердака и помещений верхнего этажа от затоплений и сырости.Known device for a ventilation exhaust shaft of a warm attic, installed on roofing panels [Copyright certificate for the invention "Warm attic of a multi-storey building." SU 1218035 A, IPC E04H 1/02 / Aronov A.I .; application date 05/13/83, publication date 03/15/86; fig. 1, 2], in which the passage through the roof panel has a diffuser-shaped entrance. The specified shape of the inlet makes it possible to reduce the inlet local resistance for the exhaust air flow. However, at the same time, atmospheric precipitation and condensation flowing down the inner walls of the ventilation shaft randomly spread along the walls of the diffuser and then unorganizedly spread along the ceiling of the attic, which leads to a violation of the reliability of the roof to protect the attic and the premises of the upper floor from flooding and dampness.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является известная конструкция вытяжной шахты для жилых зданий с теплым чердаком (Серия 2.160-4 Детали крыш жилых зданий. Выпуск 5 Сборные железобетонные чердачные крыши с теплым и холодным чердаками, с рулонной и безрулонной кровлями. Материалы для проектирования и рабочие чертежи. ЦИТП ГосстрояСССР, 1988. – 141 с.; рис. 2.160-4.5-2, с. 28-30 и рис. 2.160-4.5-29, с. 57-59; статус документа – действует; режим доступа https://docplan.ru/cat2/4294952819-1.htm). The closest technical solution adopted for the prototype is the well-known design of an exhaust shaft for residential buildings with a warm attic (Series 2.160-4 Details of roofs of residential buildings. Issue 5 Prefabricated reinforced concrete attic roofs with warm and cold attics, with roll and non-roll roofs. design and working drawings.CITP GosstroySSSR, 1988. - 141 p .; fig. 2.160-4.5-2, p. 28-30 and fig. 2.160-4.5-29, p. 57-59; document status - valid; access mode https://docplan.ru/cat2/4294952819-1.htm).

Как можно видеть из чертежей конструкции прототипа (Серия 2.160-4 Детали крыш жилых зданий. Выпуск 5 Сборные железобетонные чердачные крыши с теплым и холодным чердаками, с рулонной и безрулонной кровлями. Материалы для проектирования и рабочие чертежи. ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 141 с.; рис. 2.160-4.5-20, с. 48, узел 21 панельных, блочных и кирпичных зданий; статус документа – действует; режим доступа https://docplan.ru/cat2/4294952819-1.htm), на проходе вытяжной шахты через кровлю установлен защитный фартук из оцинкованной кровельной стали для организованного стока осадков и конденсата с внутренней поверхности на поддон. As you can see from the design drawings of the prototype (Series 2.160-4 Details of the roofs of residential buildings. Issue 5 Prefabricated reinforced concrete attic roofs with warm and cold attics, with roll and roll roofs. Materials for design and working drawings. TsITP Gosstroy USSR, 1988. - 141 from; fig. 2.160-4.5-20, p. 48, node 21 of panel, block and brick buildings; document status - valid; access mode https://docplan.ru/cat2/4294952819-1.htm), on the aisle A protective apron made of galvanized roofing steel is installed in the exhaust shaft through the roof for the organized drainage of precipitation and condensate from the inner surface to the pallet.

Недостатком прототипа является наличие острой входной кромки защитного фартука, которая представляет собой местное сопротивление и создает заметную потерю давления у потока удаляемого воздуха.The disadvantage of the prototype is the presence of a sharp leading edge of the protective apron, which is a local resistance and creates a noticeable pressure loss in the flow of exhaust air.

Предлагаемая полезная модель имеет следующие существенные признаки, общие с совокупностью признаков прототипа. Предлагается вытяжная шахта для теплого чердака многоэтажного здания, на проходе которой через кровлю установлен защитный фартук из оцинкованной кровельной стали для организованного стока осадков и конденсата с внутренней поверхности на поддон. The proposed utility model has the following essential features in common with a set of features of the prototype. An exhaust shaft for a warm attic of a multi-storey building is proposed, on the passage of which a protective apron made of galvanized roofing steel is installed through the roof for the organized drainage of precipitation and condensate from the inner surface to the pallet.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности естественной вытяжки воздуха из помещений путем снижения энергоемкости вытяжной шахты за счет существенного уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления защитного фартука и снижения потери давления потока удаляемого воздуха на входе в вытяжную шахту. The problem to be solved by the proposed utility model is to increase the reliability of natural air exhaust from the premises by reducing the energy consumption of the exhaust shaft by significantly reducing the hydraulic resistance coefficient of the protective apron and reducing the pressure loss of the exhaust air flow at the inlet to the exhaust shaft.

Достижение технического результата предлагаемой полезной модели обеспечивается тем, что у вытяжной шахты для теплого чердака многоэтажного здания, на проходе которой через кровлю установлен защитный фартук из оцинкованной кровельной стали для организованного стока осадков и конденсата с внутренней поверхности на поддон, в предлагаемом решении на входе в защитный фартук закреплена профилирующая вставка, скривление профиля поверхности которой со стороны текучей среды полностью совпадает с огибающей зону вихреобразования крайней линией тока, расположение которой определяется максимальным вылетом r = 0,22 R на расстоянии от входа x = (0,49-0,53) R, и длиной l = 1,42 R, где R – радиус вытяжной шахты. The achievement of the technical result of the proposed utility model is ensured by the fact that at the exhaust shaft for the warm attic of a multi-storey building, on the passage of which a protective apron made of galvanized roofing steel is installed through the roof for the organized drainage of precipitation and condensate from the inner surface to the pallet, in the proposed solution at the entrance to the protective the apron is fixed by a profiling insert, the curvature of the surface profile of which from the side of the fluid medium completely coincides with the envelope of the vortex formation zone by the extreme streamline, the location of which is determined by the maximum outreach r = 0.22 R at a distance from the inlet x = (0.49-0.53) R , and length l = 1.42 R , where R is the radius of the exhaust shaft.

Приведенные выше и использованные далее в формуле полезной модели параметры: r = 0,22 R, – максимальный вылет профилирующей вставки, x = (0,49 ÷0,53) R – расстояние ее максимального вылета от входа в шахту, l = 1,42 R – ее длина, являются оптимальными и получены в результате серии натурных экспериментов, проведенных на базе лаборатории каф. ТГВ в БГТУ им. В.Г. Шухова. Найденная в результате испытаний зона вихреобразования дает основной вклад в сопротивление входа в круглый всасывающий патрубок с острой прямоугольной кромкой. Расположение огибающей зону вихреобразования крайней линии тока далее принято по результатам испытаний на основе Ansys Fluent (пунктирная линия на фиг. 1), причем в качестве оптимальных значений параметров огибающей приняты максимальный вылет r = 0,22 R на расстоянии от входа x = (0,49-0,53) R, и длина зоны вихреобразования l = 1,42 R.The parameters given above and used further in the formula of the utility model: r = 0.22 R , is the maximum protrusion of the profiling insert, x = (0.49 ÷ 0.53) R is the distance of its maximum protrusion from the entrance to the mine, l = 1, 42 R - its length, are optimal and obtained as a result of a series of field experiments carried out on the basis of the laboratory of the department. TGV at BSTU named after V.G. Shukhov. The vortex zone found as a result of the tests makes the main contribution to the inlet resistance to the round suction pipe with a sharp rectangular edge. The location of the envelope of the vortex formation zone of the extreme streamline is further taken according to the test results based on Ansys Fluent (dashed line in Fig. 1), and the maximum overhang r = 0.22 R at a distance from the input x = (0, 49-0.53) R , and the length of the vortex formation zone l = 1.42 R.

Приведенные параметры профилирующей вставки являются оптимальными и обеспечивают снижение потерь давления и, соответственно, увеличение энергоэффективности.The given parameters of the profiling insert are optimal and provide a decrease in pressure losses and, accordingly, an increase in energy efficiency.

Полезная модель поясняется графическим материалом/ The utility model is illustrated by graphic material /

На фиг. 1 приведены верифицированные и валидированные экспериментально результаты численных испытаний (методом вычислительной гидродинамики на основе программного продукта Ansys Fluent – пунктирная линия, и методом дискретных вихрей МДВ – штриховая линия) процесса обтекания острой прямоугольной кромки на входе в круглый всасывающий патрубок радиусом R. На фиг. 1 также показана полученная в натурном эксперименте визуализация границы вихревой зоны в виде сгущенной полосы в тумане холодного водяного пара. FIG. 1 shows the verified and experimentally validated results of numerical tests (by the method of computational fluid dynamics based on the software product Ansys Fluent - dashed line, and by the method of discrete vortices of the MDI - dashed line) of the process of flow around a sharp rectangular edge at the inlet to a circular suction pipe with radius R. 1 also shows the visualization of the boundary of the vortex zone in the form of a thickened strip in a fog of cold water vapor obtained in a full-scale experiment.

На фиг. 2 схематично представлен общий вид вытяжной шахты пониженной энергоемкости 1 для теплого чердака 2 многоэтажного здания (вследствие симметричности показана только правая его часть), на проходе 3 которой через кровлю 4 установлен защитный фартук 5 из оцинкованной кровельной стали. Защитный фартук 5 предназначен для организованного стока осадков и конденсата с внутренней поверхности на поддон 6. При этом на защитном фартуке 5 с острой входной кромкой 7 закреплена профилирующая вставка 8. Скривление профиля поверхности вставки 8 со стороны текучей среды полностью совпадает с огибающей зону вихреобразования крайней линией тока, обозначенной на фиг. 1 зеленым цветом. Расположение указанной крайней линии тока определено заранее посредством испытаний, и имеет в соответствии с этим максимальный вылет r = 0,22 R на расстоянии от входа 0,49 R < x < 0,53 R, и длину l = 1,42 R, где R – радиус вытяжной шахты 1.FIG. 2 schematically shows a general view of an exhaust shaft of reduced energy consumption 1 for a warm attic 2 of a multi-storey building (due to its symmetry, only its right part is shown), on the passage 3 of which a protective apron 5 of galvanized roofing steel is installed through the roof 4. The protective apron 5 is designed for the organized drainage of precipitation and condensate from the inner surface to the pallet 6. At the same time, a profiling insert is fixed on the protective apron 5 with a sharp leading edge 7. The curvature of the surface profile of the insert 8 from the fluid side completely coincides with the envelope of the vortex formation zone by the extreme line current indicated in FIG. 1 in green. The location of the specified extreme streamline is determined in advance by means of tests, and accordingly has a maximum outreach r = 0.22 R at a distance from the input of 0.49 R < x <0.53 R , and a length l = 1.42 R , where R is the radius of the exhaust shaft 1.

Вытяжная шахта пониженной энергоемкости для теплого чердака работает следующим образом. Наличие у вытяжной шахты 1 для теплого чердака 2 на проходе 3 через кровлю 4 защитного фартука 5 из оцинкованной кровельной стали обеспечивает организованный сток осадков и конденсата, направляя их с внутренней поверхности вентиляционной шахты на поддон 6. Вместе с тем поток воздуха, вытягиваемый из теплого чердака 2 шахтой 1, уже не может формировать после острой входной кромки 7 защитного фартука 5 вихревую зону, так как место ее образования занимает профилирующая вставка 8, скривление профиля поверхности которой со стороны текучей среды полностью совпадает с огибающей зону вихреобразования крайней линией тока, расположение которой определяется максимальным вылетом r=0,22 R на расстоянии от входа 0,49 R < x < 0,53 R, и длиной l = 1,42 R, где R – радиус вытяжной шахты. Отсутствие указанной зоны вихреобразования приводит к уменьшению местного сопротивления входа и к существенному (по итогам лабораторных исследований – на 38,4%) снижению потери давления у потока удаляемого воздуха.An exhaust shaft of reduced energy consumption for a warm attic works as follows. The presence of the exhaust shaft 1 for a warm attic 2 at the passage 3 through the roof 4 of a protective apron 5 of galvanized roofing steel provides an organized drainage of precipitation and condensate, directing them from the inner surface of the ventilation shaft to the pallet 6. At the same time, the air flow drawn from the warm attic 2 shaft 1, can no longer form a vortex zone after the sharp input edge 7 of the protective apron 5, since the place of its formation is occupied by the profiling insert 8, the curvature of the surface profile of which from the side of the fluid completely coincides with the envelope of the vortex formation zone by the extreme streamline, the location of which is determined maximum outreach r = 0.22 R at a distance from the entrance of 0.49 R < x <0.53 R , and length l = 1.42 R , where R is the radius of the exhaust shaft. The absence of the indicated vortex formation zone leads to a decrease in the local resistance of the entrance and to a significant (according to the results of laboratory studies - by 38.4%) decrease in the pressure loss in the flow of the removed air.

Профилирующая вставка в общем случае может быть изготовлена штамповкой из стали тонколистовой оцинкованной по ГОСТ 14918-80 толщиной 0,5 мм, а при возможности установки без требований по огнестойкости – из полимеров. Для прямоугольной вытяжной шахты изготавливаются 4 вставки на каждую стенку с компьютерной раскройкой заготовок по месту пересечения. Вставка для круглой вытяжной шахты собирается из 4 одинаковых секций также с компьютерной раскройкой заготовок. Полимерные вставки могут быть изготовлены посредством 3D- печати, выдувного формования, формования из листов или обработки заготовок на фрезерных станках с ЧПУ (см, напр., https://ruspenoplast.ru/stati/sovremennye-metody-rezki-penoplasta/). Крепление металлических вставок может производиться винтами самонарезающими или контактной сваркой, а крепление полимерных вставок – на клеевые смеси отдельно или вместе с дюбель-гвоздями. The profiling insert in the general case can be made by stamping from galvanized sheet steel in accordance with GOST 14918-80 with a thickness of 0.5 mm, and, if it is possible to install it without fire resistance requirements, from polymers. For a rectangular exhaust shaft, 4 inserts are made on each wall with computer cutting of blanks at the intersection. The insert for a round exhaust shaft is assembled from 4 identical sections, also with computer cutting of blanks. Polymer inserts can be made by 3D printing, blow molding, sheet molding or processing of blanks on CNC milling machines (see, for example, https://ruspenoplast.ru/stati/sovremennye-metody-rezki-penoplasta/). Fastening of metal inserts can be done with self-tapping screws or resistance welding, and fastening of polymer inserts - on adhesive mixtures separately or together with dowel-nails.

Предлагаемое техническое решение обеспечит повышение надежности естественной вытяжки воздуха из помещений путем снижения энергоемкости вытяжной шахты за счет существенного уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления защитного фартука и снижения потери давления потока удаляемого воздуха на входе в вытяжную шахту.The proposed technical solution will increase the reliability of natural air extraction from the premises by reducing the energy consumption of the exhaust shaft due to a significant decrease in the hydraulic resistance coefficient of the protective apron and reducing the pressure loss of the exhaust air flow at the inlet to the exhaust shaft.

Claims

An exhaust shaft for a warm attic of a multi-storey building, having a radius R , on the passage of which a protective apron made of galvanized roofing steel is installed, characterized in that a profiling insert is fixed at the entrance to the protective apron, the curvature of the surface profile of which from the fluid side completely coincides with the envelope the vortex formation zone by the extreme streamline, the location of which is determined by the maximum outreach r = 0.22 R at a distance from the inlet x = (0.49-0.53) R and length l = 1.42 R , where R is the radius of the exhaust shaft.